懸式絕緣子掉串原因分析及防范措施探討

懸式絕緣子掉串原因分析及防范措施探討摘要：絕緣子是輸電線中很重要的元件，絕緣子掉串會造成較嚴(yán)重事故，對絕緣子掉串原因分析和治理，對提高電網(wǎng)安全運(yùn)行和供電可靠性具有重要意義。本文簡要分析了兩起典型絕緣子掉串事件原因，提出了安裝絕緣子并聯(lián)間隙的有效防止絕緣子掉串措施。關(guān)鍵詞：絕緣子；掉串；并聯(lián)間隙；電弧灼傷0引言輸電線路絕緣子掉串事件在輸電線路上是僅僅次于倒桿、斷線的第三嚴(yán)重的事件。近年來，絕緣子掉串事件時有發(fā)生，對于絕緣子掉串事件，有必要認(rèn)真分析和治理。下面就近期發(fā)生的2起典型懸式絕緣子掉串事件進(jìn)行分析，并提出治理建議。1絕緣子掉串原因分析1.1懸式絕緣子零值掉串原因分析2018年09月04日09時30分35kV光明硅廠I回線#04塔小號側(cè)A相絕緣子掉串，但導(dǎo)線未落地，未形成接地，見圖1。從圖片看，5片瓷質(zhì)絕緣子串傘裙不同程度損傷，傘裙內(nèi)部均有不同程度的黑色放點(diǎn)痕跡，第五片絕緣子鋼帽和鋼腳分離脫落，鋼帽內(nèi)有放電發(fā)黑痕跡。說明絕緣子均零值擊穿。圖1懸式瓷質(zhì)絕緣子零值掉串圖該絕緣子串掉串是絕緣子低值零值擊穿后熱膨脹爆裂掉串：國產(chǎn)瓷有石英砂、粘土、長石等原料經(jīng)球磨、制漿、練泥、成形、上釉和燒結(jié)等工藝制成瓷件。其燒結(jié)是在低于固態(tài)物質(zhì)的熔點(diǎn)或熔融溫度下進(jìn)行的，雖有少量的液相出相（30%-50%），但至少有一部分是固態(tài)，這種固、液相間的物理化學(xué)反應(yīng)是不完全的，也是不均勻的，成瓷后的顯微結(jié)構(gòu)由多晶體、玻璃相和氣孔組成，屬于一種多晶體的非均質(zhì)材料。在承受輸電線路的機(jī)械、電氣及外力作用下，逐步暴露出它的內(nèi)在缺陷（如隱裂形成裂紋），加上絕緣子由鋼帽、瓷件、鋼腳用水泥膠合而成，其膨脹系數(shù)不同而形成熱應(yīng)力，也會導(dǎo)致瓷件產(chǎn)生裂紋，隨著運(yùn)行時間的延長裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展，極易吸潮和積污，在電廠負(fù)荷的作用下，瓷件絕緣電阻變?yōu)榈椭祷蛄阒担?］。（1）有部分零值低值的絕緣子串，當(dāng)遭受雷擊或污閃時，引起電弧，電弧在正常部分的絕緣子表面或空氣間隙，和低值、零值絕緣子的鋼帽、鋼帽內(nèi)部、鋼腳形成通路。（2）全部零值低值的絕緣子串，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)過電壓時，將在絕緣子串的各片絕緣子的鋼帽、鋼帽內(nèi)部、鋼腳中形成電流通路。低值、零值絕緣子的鋼帽內(nèi)部瓷件在電流和電阻作用下熱膨脹后發(fā)生爆裂，形成絕緣子掉串以致掉線掉落事件。1.2懸式絕緣子電弧灼燒掉串原因分析2018年08月31日10:32分，110kV撒章線三側(cè)斷路器跳閘，故障電流5600A，故障相別ABC三相，重合閘重合后加速跳閘，故障相C相。查看雷電定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)#29-#33桿附近在這一時間多次落雷，查線發(fā)現(xiàn)#27至#33桿A、B、C均有三相的雷擊痕跡，#33桿C相瓷絕緣子掉串，導(dǎo)線落地，造成C相永久性接地故障，詳見圖2。從圖片看，掉串的絕緣子片鋼帽內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)絕緣零值或低值電流通路痕跡，在絕緣子鋼帽下緣和鋼腳平齊處的鋼帽和鋼腳上均出現(xiàn)嚴(yán)重的電弧灼傷痕跡。在鋼帽上明顯看出是鋼帽下緣先被電弧灼傷后發(fā)生鋼帽爆裂。圖2懸式絕緣子電弧灼傷掉串圖該絕緣子串掉串是絕緣子鋼帽下緣被電弧燒傷爆裂掉串：正常絕緣子在受到雷擊沖擊是會被擊穿產(chǎn)生電弧，雷電流在幾十個微秒后消失，但工頻電流卻不一定能夠及時熄弧，將繼續(xù)灼傷部分絕緣子（特別是絕緣子串中第一片或最后一片）發(fā)生絕緣子缺陷。較厚的絕緣子鋼帽下緣就是主要固定箍住鋼腳的受力部位，當(dāng)絕緣子鋼帽下緣被電弧燒傷到一定程度時，在導(dǎo)線重力作用下，將鋼帽拉裂爆開，發(fā)生絕緣子串掉串，導(dǎo)線脫落。2絕緣子掉串事件防范建議2.1對輸電線路開展絕緣子零值檢測加強(qiáng)輸電線路零值絕緣子檢測是有效防范絕緣子低值零值擊穿后熱膨脹爆裂掉串事件的重要常用手段，但受技術(shù)限制，35kV及以下還不能廣泛開展零值絕緣子檢測；開展零值絕緣子檢測需要花費(fèi)巨大的人力和物力，受經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)及責(zé)任心的影響還是會有漏檢出情況。2.2將瓷質(zhì)絕緣子逐步更換為玻璃絕緣子玻璃絕緣子不易發(fā)生低值零值，當(dāng)發(fā)生低值或零值時絕緣子就會自爆容易發(fā)現(xiàn)。將瓷質(zhì)絕緣子逐步更換為玻璃絕緣子，可有效防范低值零值擊穿后熱膨脹爆裂掉串事件。但是不能防范絕緣子鋼帽下緣被電弧燒傷爆裂掉串。玻璃由石英砂、白云石、長石、和化工原料（碳酸鉀、鈉）經(jīng)高溫熔融（硅酸鹽玻璃融制溫度1500OC）成液體，經(jīng)冷凝而成質(zhì)地均勻、結(jié)構(gòu)致密的均質(zhì)材料。制品經(jīng)鋼化處理后，表面層獲得均勻分布的壓應(yīng)力，顯著的提高了它的抗拉強(qiáng)度（約為瓷的2倍），而且這種鋼化內(nèi)應(yīng)力不隨使用時間的延長而衰減。玻璃絕緣子在運(yùn)行過程中遭受雷擊、污閃等各類過負(fù)荷沖擊超過它本身固有強(qiáng)度時，會產(chǎn)生自爆，傘裙玻璃散落后形成殘錘，電弧沿著鋼帽下緣和鋼腳形成電流通道，不會繞道鋼帽內(nèi)形成電流通道而形成內(nèi)部過熱膨脹爆裂［1］。2.3加裝絕緣子并聯(lián)間隙（招弧角）GBT50064-2014.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范5.3.6:中雷區(qū)（平均年雷暴日數(shù)超過15d但不超過40d或地面落雷密度超過0.78次/（km2.a）但不超過2.78次/（km2.a）及以上地區(qū)或地閃密度的地區(qū)，可采取安裝絕緣子并聯(lián)間隙的措施保護(hù)絕緣子，并應(yīng)符合下列要求［2］：（1）絕緣子并聯(lián)間隙與被保護(hù)的絕緣子的雷電放電電壓之間的配合應(yīng)做到雷電過電壓作用時并聯(lián)間隙可靠動作，同時不宜過分降低線路繞擊或反擊耐雷電水平。（2）絕緣子并聯(lián)間隙應(yīng)在沖擊放電后有效地導(dǎo)引工頻短路電流電弧離開絕緣子本體，以免其灼傷。（3）絕緣子并聯(lián)間隙的安裝應(yīng)牢固，并聯(lián)間隙本體應(yīng)有一定的耐電弧和防腐蝕能力。DL/T1293-2013-交流架空輸電線路線緣子并聯(lián)間隙使用導(dǎo)則中指出：架空線路絕緣子并聯(lián)間隙防雷的核心思想是在雷擊跳閘率允許范圍內(nèi)，采用間隙裝置與絕緣子（串）并聯(lián)，雷電在間隙處閃絡(luò)，疏導(dǎo)工頻電弧，保護(hù)絕緣子免于電弧灼燒，提高重合閘成功率。但是本標(biāo)準(zhǔn)適用于110kV、220kV和500kV交流架空輸電線路絕緣子并聯(lián)間隙的使用。對于35kV交流架空輸電線路絕緣子并聯(lián)間隙沒有做出要求和說明。還需要研究后制定標(biāo)準(zhǔn)［3］。文獻(xiàn)［4］、［5］、［6］、［7］對架空輸電線路絕緣子串并聯(lián)間隙做了很深入的研究，提出了采用科學(xué)的間隙裝置與絕緣子(串)并聯(lián)，雷電在僅間隙處閃絡(luò)，能有效疏導(dǎo)工頻電弧，保護(hù)絕緣子免于電弧灼燒，提高重合閘成功率。德宏地區(qū)經(jīng)統(tǒng)計(jì)35kV和110kV每年有0.2%懸式絕緣子因雷擊被電弧灼傷。絕緣子若被電弧灼傷發(fā)生缺陷，則需要及時更換絕緣子，需要投入巨大的人力和物力，若不能帶電更換的，還要求要線路停電處理。文獻(xiàn)[3]、[6]提出架空輸電線路安裝絕緣子并聯(lián)間隙會增加輸電線路雷擊跳閘的概率，增加率在10%內(nèi)，屬于可接受范圍。也可在加裝并聯(lián)間隙的同時增加絕緣子串長度，同時考慮搭頭空氣間隙及交叉跨越距離。文獻(xiàn)[6]對35kV架空送電線路防雷用并聯(lián)間隙做了較深入研究，但是未對35kV絕緣子并聯(lián)間隙提出規(guī)范，結(jié)合參考文獻(xiàn)，建議對我局現(xiàn)有的35kV架空送電線路防雷用并聯(lián)間隙再做深入研究，研制間隙裝置。也可參照110kV執(zhí)行。3結(jié)束語現(xiàn)有瓷質(zhì)絕緣子和玻璃絕緣子都可能發(fā)生掉串，瓷質(zhì)絕緣子發(fā)生掉串的概率較高。將瓷質(zhì)絕緣子換成玻璃絕緣子，同時安裝絕緣子并聯(lián)間隙可完全避免絕緣子掉串事件發(fā)生，避免絕緣子因雷擊被電弧灼傷發(fā)生缺陷發(fā)生。安裝絕緣子并聯(lián)間隙后，線路跳閘率會有所提高，但在可接受范圍內(nèi)。參考文獻(xiàn)：顧洪連，沈其榮.輸電線路絕緣子掉串事故的原因分析[J].電力建設(shè),2002,23(2):30-31.GBT50064-2014.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國電力出版社，2014.2,27.DL/T1293-2013.交流架空輸電線路線緣子并聯(lián)間隙使用導(dǎo)則.中國電力出版社，2014.III-3.⑷司馬文霞，葉軒，譚威，楊慶，等.高海拔220kV輸電線路絕緣子串與并聯(lián)間隙雷電沖擊絕緣配合研究[J].電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(10):168-176.陳維江，孫昭英，李國富，崔江流，等.110kV和220kV架空線路并聯(lián)間隙防雷保護(hù)研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,3